Ka波段圆极化磁电偶极子天线单元、天线阵列及相控阵制造技术

本发明专利技术提出了一种Ka波段圆极化磁电偶极子天线单元、天线阵列及相控阵，属于天线技术领域。用以解决相控阵天线与T/R组件之间连接的问题及宽带辐射问题，可实现宽阻抗带宽和宽轴比带宽圆极化天线波束辐射，馈电由最下层通过带状传输线转接到上层金属实现辐射。金属贴片和金属化过孔连接实现磁偶极子和电偶极子等效实现宽阻抗带宽和宽轴比带宽圆极化天线波束辐射。各天线单元的旋转角度和对应移相器的相位相同且为90

【技术实现步骤摘要】
Ka波段圆极化磁电偶极子天线单元、天线阵列及相控阵


[0001]本专利技术属于微波天线
，涉及一种宽频圆极化磁电偶极子天线，特别涉及一种Ka波段圆极化磁电偶极子天线单元、天线阵列及相控阵，可用于毫米波天线通信与高分辨率雷达成像。

技术介绍

[0002]毫米波是指频率在30GHz到300GHz范围内的电磁波，对应的波长为1mm～10mm，毫米波天线设备具有宽频带，通信容量大，目标识别分辨率高等优点。毫米波内Ka波段的频率范围为26.5～40GHz，频带较宽传输容量大。
[0003]相控阵T/R(Transmitter and Receiver)组件也称为相控阵收发组件，T/R组件以纵向集成的方式安装在相控阵下方，其上布置有按规律排布的通道输出口与相控阵馈电口连接，为相控阵天线提供馈电激励。T/R组件的大小决定了相控阵的最小阵面大小，T/R组件的通道数决定了相控阵的最大辐射单元数。
[0004]圆极化天线具备的独特性能使其在很多领域具有特殊的作用，例如：在雷达系统中采用圆极化天线，可以抑制空气中的小分子和颗粒如云、雨、雾等产生的干扰；在空间测量、卫星通信中，线极化波在通过电离层时会产生法拉第电磁旋转效应，将会导致接收端信号衰减，而采用圆极化波就可以避免这种衰减；同时，由于线极化波可以分解为两个旋向相反、幅度相同的圆极化波，因此圆极化更容易实现极化匹配。因此，圆极化天线在各种电子系统中得到了广泛的应用。近年来，随着通信技术的快速发展，工程应用中对大带宽通信的需求越来越迫切，这也推动着圆极化天线向宽阻抗带宽和宽轴比带宽方向发展。
[0005]磁电偶极子天线自提出以来就因其大带宽、低后瓣和稳定的定向辐射特性受到了广泛的关注，众多学者也针对这类天线的圆极化特性开展了深入的研究，产生了许多性能较好的圆极化磁电偶极子天线。然而，以往的这些研究主要集中于如何通过设计天线结构来实现圆极化特性上，设计中并未采取任何较小尺寸的措施，因此已有的圆极化磁电偶极子天线仍然存在着尺寸较大、空间体积大的缺点，极大的限制了其在现代无线通信系统的应用。
[0006]为了改变相控阵天线单元圆极化单元阻抗带宽和轴比带宽特性，目前国内外大多数研究者通过改变天线的结构形式来解决上述问题。如Y.Yang and R.
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J.Gong等人于2021年在IEEE International Workshop on Electromagnetics:Applications and Student Innovation Competition(iWEM)发表了一篇名为《2
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DScanning Circularly Polarized Multi
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beam Antenna Array of ME Dipole》的文章，提出了一种2
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2单元Ka波段圆极化磁电偶极子天线相控阵。天线元件包括一个磁电偶极子和底部的SIW馈电结构所提出的相控阵实现了阻抗带宽7.1％，单元轴比带宽为3.57％。
[0007]又如杨雪松，聂念胜等人在其申请的专利文献“一种基于磁电偶极子天线的超宽带大角度扫描相控阵”专利申请号：CN201811136366.6，中公开了一种磁电偶极子天线，加载金属化过孔。该天线最终实现阻抗带宽为404％并没有实现圆极化特性。

技术实现思路

[0008]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种Ka波段圆极化磁电偶极子天线单元、天线阵列及相控阵，用以解决现有圆极化相控阵天线单元圆极化轴比带宽窄、阻抗带宽窄等技术问题，降低相控阵与T/R组件之间连接结构的复杂度。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0010]一种Ka波段圆极化磁电偶极子天线单元，其特征在于，包括自上而下依次设置的第一介质基板、第一半固化层、第二介质基板、第二半固化层和第三介质基板；
[0011]所述第一介质基板的上表面印制互不连接的第一上层金属贴片、第二上层金属贴片和第三上层金属贴片，下表面印制第一下层金属贴片；所述第二介质基板的下表面印制第二下层金属贴片；所述第三介质基板的上表面印制上层金属传输线，下表面印制第三下层金属贴片；
[0012]所述第一上层金属贴片与所述第一下层金属贴片通过第一金属化盲孔连接；所述第二上层金属贴片与所述上层金属传输线通过第二金属化盲孔连接；所述第二下层金属贴片与所述第三下层金属贴片通过第三金属化盲孔连接，所述上层金属传输线通过贯通第三介质基板的第四金属化盲孔与馈电端口连接。
[0013]在一个实施例中，贯通第一介质基板、第一半固化层、第二介质基板、第二半固化层和第三介质基板设置有接地的金属化过孔，所述金属化过孔连接第一上层金属贴片、第二下层金属贴片和第三下层金属贴片；以及第三上层金属贴片、第二下层金属贴片和第三下层金属贴片；所述金属化过孔有多个，中心对称分布。
[0014]在一个实施例中，所述第一上层金属贴片、所述第三上层金属贴片以及所述第一下层金属贴片均有K个，所述第二上层金属贴片为1个，布置于第一介质基板的上表面中心，第一上层金属贴片与第三上层金属贴片间隔分布，且环绕所述第二上层金属贴片中心对称；每个第一上层金属贴片与一个第一下层金属贴片通过第一金属化盲孔连接。
[0015]在一个实施例中，所述第一上层金属贴片为凹形结构，所述第二上层金属贴片由矩形A和连接于矩形A短边的一个圆形组成，所述第三上层金属贴片为矩形B；所述第一下层金属贴片为圆形，所述第二下层金属贴片和所述第三下层金属贴片的截面均与各介质基板的截面相同，且第二下层金属贴片开有供第二金属化盲孔穿过的非金属孔，第三下层金属贴片设置有馈电端口。
[0016]在一个实施例中，K＝2，所述矩形A的长边与所述矩形B的长边垂直，所述凹形结构是指在一个矩形C的一侧有矩形槽，其中，矩形C开槽侧的长度l1＝1.75，非开槽侧的长度l2＝1.3，矩形槽的槽深l3＝0.8，槽底长度l4＝1.1，其中一个槽臂开有用于连接金属化过孔的圆孔，该圆孔与矩形C开槽侧的间距l5＝0.25，与该槽臂对应非开槽侧的间距l6＝0.25，矩形B与矩形A的间距l7＝0.25，矩形B的长边长度l8＝1.45，短边长度l9＝0.5，矩形A远离其所连接圆形的短边与该圆形的圆心的间距l
10
＝2.1。
[0017]在一个实施例中，所述Ka波段圆极化磁电偶极子天线单元还包括依次位于第三介质基板上方的第三半固化层和第四介质基板；所述第四介质基板采用无金属化介质基板，用于展宽天线波束。
[0018]本专利技术的第二目的，提供了一种Ka波段圆极化磁电偶极子天线阵列，由M
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N个天线子阵呈矩形阵列形式分布组成，所述天线子阵由四个所述的Ka波段圆极化磁电偶极子天
线单元呈矩形阵列形式分布组成，其中M、N大于等于1。
[0019]本专利技术的第三目的，提供了一种相控阵，包括馈电传输结构、T/R组件以及所述的Ka波段圆极化磁电偶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ka波段圆极化磁电偶极子天线单元，其特征在于，包括自上而下依次设置的第一介质基板(1)、第一半固化层(2)、第二介质基板(3)、第二半固化层(4)和第三介质基板(5)；所述第一介质基板(1)的上表面印制互不连接的第一上层金属贴片(101)、第二上层金属贴片(102)和第三上层金属贴片(103)，下表面印制第一下层金属贴片(104)；所述第二介质基板(3)的下表面印制第二下层金属贴片(301)；所述第三介质基板(5)的上表面印制上层金属传输线(501)，下表面印制第三下层金属贴片(502)；所述第一上层金属贴片(101)与所述第一下层金属贴片(104)通过第一金属化盲孔(1101)连接；所述第二上层金属贴片(102)与所述上层金属传输线(501)通过第二金属化盲孔(1103)连接；所述第二下层金属贴片(301)与所述第三下层金属贴片(502)通过第三金属化盲孔(1104)连接，所述上层金属传输线(501)通过贯通第三介质基板(5)的第四金属化盲孔(1105)与馈电端口连接。2.根据权利要求1所述Ka波段圆极化磁电偶极子天线单元，其特征在于，贯通第一介质基板(1)、第一半固化层(2)、第二介质基板(3)、第二半固化层(4)和第三介质基板(5)设置有接地的金属化过孔(1102)，所述金属化过孔(1102)连接第一上层金属贴片(101)、第二下层金属贴片(301)和第三下层金属贴片(502)；以及第三上层金属贴片(103)、第二下层金属贴片(301)和第三下层金属贴片(502)；所述金属化过孔(1102)有多个，中心对称分布。3.根据权利要求1所述Ka波段圆极化磁电偶极子天线单元，其特征在于，所述第一上层金属贴片(101)、所述第三上层金属贴片(103)以及所述第一下层金属贴片(104)均有K个，所述第二上层金属贴片(102)为1个，布置于第一介质基板(1)的上表面中心，第一上层金属贴片(101)与第三上层金属贴片(103)间隔分布，且环绕所述第二上层金属贴片(102)中心对称；每个第一上层金属贴片(101)与一个第一下层金属贴片(104)通过第一金属化盲孔(1101)连接。4.根据权利要求3所述Ka波段圆极化磁电偶极子天线单元，其特征在于，所述第一上层金属贴片(101)为凹形结构，所述第二上层金属贴片(102)由矩形A和连接于矩形A短边的一个圆形组成，所述第三上层金属贴片(103)为矩形B；所述第一下层金属贴片(104)为圆形，所述第二下层金属贴片(301)和所述第三下层金属贴片(502)的截面均与各介质基板的截面相同，且第二下层金属贴片(301)开有供第二金属化盲孔(1103)穿过的非金属孔，第三下层金属贴片(502)设置有馈电端口。5.根据权利要求4所述Ka波段圆极化磁电偶极子天线单元，其特征在于，K＝2，所述矩形A的长边与所述矩形B的长边垂直，所述凹形结构是指在一个矩形C的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，林志成，闫登辉，张倩铢，唐晓斌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：